Статья

Название статьи ОСНОВНЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ И МУЛЬТИДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ ВЫХОДНОГО КАСКАДА И ДРАЙВЕРА ЕМКОСТИ КОРРЕКЦИИ
Автор Н. Н. Прокопенко, А. В. Бугакова, Н. В. Бутырлагин
Рубрика РАЗДЕЛ II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
Месяц, год 02, 2018
Индекс УДК 621.375.9
DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-113-126
Аннотация Показано, что при анализе нелинейных эффектов в режиме большого сигнала основные подсхемы дифференциального (ОУ) и мультидифференциального (МОУ) операционных усилителей, включающие входной дифференциальный (ДК) и промежуточный (ПК) каскады, целесообразно объединить в структуру безынерционного драйвера емкости коррекции (ДСк), проходная характеристика которого имеет ограничение выходного тока. При этом, отличие функциональной схемы МОУ от схемы классического ОУ состоит в том, что к ПК подключается несколько дополнительных идентичных входных ДК (ДК1, ДК2, ДК3 и т.д.), диапазон активной работы которых, характеризуемый напряжением ограничения, измеряется единицами вольт. Как следствие, по входным цепям МОУ имеет более высокую линейность, чем классический ОУ. На основе нелинейных макромоделей ОУ (МОУ) с передаточной функцией первого порядка установлена взаимосвязь параметров ограничения амплитудной характеристики выходного каскада и проходной характеристики ДСк с основными динамическими параметрами ОУ (МОУ) – максимальной скоростью нарастания выходного напряжения; максимальной частотой неискаженного выходного гармонического напряжения с заданной амплитудой; ёмкостью корректирующего конденсатора; эквивалентным сопротивлением, включенным параллельно корректирующему конденсатору; петлевым усилением; коэффициентом усиления ОУ по напряжению в диапазоне низких частот; коэффициентом передачи цепи обратной связи; временем установления переходного процесса; амплитудой выходного напряжения ОУ; действующей мощностью в нагрузке; частотой единичного усиления скорректированного ОУ; верхней граничной частотой разомкнутого ОУ; предельной частотой усиления сигналов при максимальной мощности в нагрузке. Показано, что зона линейной работу ОУ (МОУ) представляет собой сложный многоугольник, который характеризуется частотами сопряжения участков перегрузки ДСк и выходного каскада, а также некоторым обобщенным коэффициентом 0, учитывающим одновременно нелинейности характеристик выходного каскада и ДСк при заданной глубине общей отрицательной обратной связи. Даны рекомендации по проектированию ОУ и МОУ с учетом нелинейных эффектов в их основных подсхемах.

Скачать в PDF

Ключевые слова Максимальная скорость нарастания выходного напряжения; дифференциальный операционный усилитель; мультидифференциальный операционный усилитель; основные динамические параметры; нелинейности выходного каскада; нелинейности драйвера емкости коррекции.
Библиографический список 1. Бабаян Р.Р., Морозов В.П. Аналоговые интегральные схемы – аппаратная поддержка обработки непрерывных сигналов // Датчики и системы. – 2015. – № 3. – С. 51-62.
2. Бабаян Р.Р., Морозов В.П. Устройства аналоговой обработки сигналов в микроконтроллерных системах // Датчики и системы. – 2014. – № 3 (178). – С. 47-51.
3. Ivanov V.V., Filanovsky I.M. Operational Amplifier Speed and Accuracy Improvement. – 1st edition. – Kluwer Academic Publishers, Boston, 2004. – 194 p. DOI: 10.1007/b105872.
4. Анисимов В.И., Капитонов М.В., Прокопенко Н.Н., Соколов Ю.М. Операционные усилители с непосредственной связью каскадов: монография. – Л.: Энергия, 1979. – 148 с.
5. Полонников Д.Е. Операционные усилители: принципы построения, теория, схемотехника: монография. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 216 с.
6. Прокопенко Н.Н. Нелинейная активная коррекция в прецизионных аналоговых микросхемах: монография. – Ростов-на-Дону: Изд-во Северо-Кавказского научного центра высшей школы, 2000. – 222 c.
7. Прокопенко Н.Н., Будяков А.С. Архитектура и схемотехника быстродействующих операционных усилителей. – Шахты: ЮРГУЭС, 2006. – 232 с.
8. Prokopenko N.N., Pakhomov I.V., Bugakova A.V., Butyrlagin N.V. The method of speeding of the operational amplifiers based on the folded cascade // 2016 IEEE EWDTS. Armenia, Yerevan. – 2016. – P. 1-4.
9. Patent US № 7342450. Slew rate enhancement circuitry for folded cascode amplifier / Jones Mark A. Appl. 11/401,492; Filed: 11.04.2006; Date of patent: 11.03.2008.
10. Rezaei M., Zhian-Tabasy E., Ashtiani S.J. Slew rate enhancement method for folded-cascode amplifiers // Electronics Letters. – 2008. – Vol. 44, No. 21. – P. 1226-1228. DOI: 10.1049/el:20082200.
11. Patent US № 8604878. Folded cascode amplifier with an enhanced slew rate / Lin Po-Chuan. Appl. 13/474,082; Filed: 17.05.2012; Date of patent: 10.12.2013.
12. Patent US № 7176760. CMOS class AB folded cascode operational amplifier for high-speed applications / Jones Mark A. Appl. 11/096,321; Filed: 31.03.2005; Date of patent: 13.02.2007
13. Huang B., Chen D.A Simple Slew Rate Enhancement Technique Wiflnmproved Linearity And Preserved Small Signal Performance // 57th IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). – 2014. – P. 270-273.
14. Nizza N., et al. A current feedback adaptive biasing method for class-AB OTA cells // Research in Microelectronics and Electronics. – 2005. – Vol. 2. – P. 186-189. DOI: 10.1109/RME.2005.1542968.
15. Thanachayanont A., Chaloenlarp W. Low-voltage, rail-to-rail, Gm-enhanced pseudo-differential class-AB OTA // 47th IEEE Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). – 2004. – Vol. l. – P. 53-56. DOI: 10.1109/MWSCAS.2004.1353895.
16. Carvajal R.G., et al. Low-power low-voltage differential class-AB OTAs for SC circuits // Electronics Letters. – 2002. – Vol. 38, No. 22. – P. 1304-1305. DOI: 10.1049/el:20020958.
17. Carvajal R.G., et al. New low-power low-voltage differential class-AB OTA for SC circuits // International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). – 2003. – Vol. 1. – P. 589-592. DOI: 10.1109/ISCAS.2003.1205632.
18. Giustolisi G., Palumbo G. A novel 1-V class-AB transconductor for improving speed performance in SC applications // International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS '03).
– 2003. – Vol. l. – P. 153-156.
19. Ramirez-Angulo J., et al. A new class AB differential input stage for implementation of low- voltage high slew rate op amps and linear transconductors // IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). – 2001. – Vol. 1. – P. 671 – 674.DOI: 10.1109/ISCAS.2001.921945.
20. Sen S., Bosco L. A class-AB high-speed low-power operational amplifier in BiMOS technology // IEEE Journal of Solid-State Circuits. – 1996. – Vol. 31, Issue 9. – P. 1325-1330. DOI: 10.1109/4.535418.
21. Pakhomov I.V., Butyrlagin N.V. Micropower high-speed CMOS operational amplifier with the circuit of nonlinear correction of the input stage // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Omsk, Russia. – 2015. – P. 1-6.
22. Patent US № 6710654. Bipolar class AB folded cascode operational amplifier for high-speed applications / Parkhurst Ch., Acosta J. Appl. 09/999,475; Filed: 15.11.2001; Date of patent: 23.03.2004.
23. Patent US № 6262633. High output current operational amplifier output stage / Close J.P. Appl. 09/560,305; Filed: 27.04.2000; Date of patent: 17.07.2001.
24. Patent US № 5374897. Balanced, high-speed differential input stage for Op-amps / Moraveji F. Appl. 141,794; Filed: 21.10.1993; Date of patent: 20.12.1994.
25. Harvey B. Selecting video op amps // EDN MOMENT. June 26, 2008. – URL: https://www.edn.com/design/analog/4325660/Selecting-video-op-amps (доступ свободный)
26. Huang B., Chen D. A simple slew rate enhancement technique with improved linearity and preserved small signal performance // IEEE 57th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), College Station, TX. – 2014. – P. 270-273. DOI: 10.1109/MWSCAS.2014.6908404.
27. Filho S.N., et al. New CMOS OTA for fully integrated continuous-time circuit applications // Electronics Letters. – 1989. – Vol. 25, No. 24. – P. 1674-1675. DOI: 10.1049/el:19891122.
28. Patent US № 6822505. Mobility compensation in MOS integrated circuits / Palaskas G., Pavan Sh.Y. Appl. 09/472,702; Filed: 27.12.1999; Date of patent: 23.11.2004.
29. Patent US № 6882185. Exponential current generator and method / Walker B.C., Gazzerro P.C. Appl. 09/109,504; Filed: 2.07.1998; Date of patent: 19.04.2005.
30. Patent US № 4335358. Class "B" type amplifier / Hoeft W.H. Appl. 06/113928; Filed: 06.15.1982; Date of patent: 01.21.1980.
31. Прокопенко Н.Н., Гайдук А.Р., Бугакова А.В. Переходные процессы в операционном усилителе с экспоненциальной проходной характеристикой драйвера корректирующего конденсатора // Радиотехника. – 2017. – № 10. – С. 149-154.
32. Prokopenko N.N., Bugakova A.V., Gaiduk A.R. Research of Operational Amplifiers with Nonlinear Drivers of Correction Capacity // 2017 IEEE EWDTS, Novi Sad, Serbia. – 2017.
– P. 637-640.
33. Krithivasan R., et al. A High-Slew Rate SiGe BiCMOS Operational Amplifier for Operation Down to Deep Cryogenic Temperatmes // IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting. – 2006. – P. 1-4. DOI: 10.1109/BIPOL.2006.311170.
34. Горлов М., Емельянов А., Плебанович В., Москалев В. Конструктивно-технологические особенности проектирования радиационно-стойких интегральных схем операционных усилителей // Компоненты и технологии. – 2007. – № 67. – С. 158-159.
35. Prokopenko N.N., Butyrlagin N.V., Bugakova A.V., Ignashin A.А. Method for Speeding the Micropower CMOS Operational Amplifiers with Dual-Input-Stages // 24th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS), Batumi, Georgia, 2017.
36. Dvornikov O.V., Dziatlau V.L., Prokopenko N.N., Petrosiants K.O., Kozhukhov N.V., Tchekhovski V.A. The Accounting of the Simultaneous Exposure of the Low Temperatures and the Penetrating Radiation at the Circuit Simulation of the BiJFET Analog Interfaces of the Sensors // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Astana, 29-30.06.17. DOI: 10.1109/SIBCON.2017.7998507.

Comments are closed.